CN113579991B - 一种硅片的最终抛光方法、系统以及硅片 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种硅片的最终抛光方法、系统以及硅片，所述最终抛光方法包括：在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间；根据所述抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，采用设定的抛光液以设定的供给流量对硅片进行最终抛光操作。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种硅片的最终抛光方法、系统以及硅片。
背景技术
硅片是现代超大规模集成电路（Integrated Circuit，IC）的主要衬底材料，一般通过单晶生长、滚磨、切片、倒角、研磨、腐蚀、背面处理（喷砂、多晶或二氧化硅的一种或多种）、抛光、清洗、检测与包装等工艺过程制造而成，抛光是最后的机械加工过程，也是制备高质量表面平坦化硅片的关键工艺。
目前获得平坦表面的硅片所采用的最普遍的工艺就是利用化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）工艺，硅片的化学机械抛光工艺是一个复杂的多项反应过程，具体可以划分为两个动力学过程：首先使吸附在抛光垫上的抛光液中的氧化剂、催化剂等与硅片表面的硅原子进行氧化还原的动力学过程，其次是硅片的抛光面上的反应物脱离硅片表面的解析过程，也就是使未反应的硅原子重新裸露出来的动力学过程。化学机械抛光工艺是机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺，兼顾了两者的优点，能够获得平坦的硅片表面。
但是，在硅片的抛光过程中，影响硅片平坦度的因素诸多，比如抛光液的配比、PH值、温度、供给流量、抛光液中磨料的浓度与粒径、抛光压力、抛光盘与抛光头转速、抛光垫的材质等等，因此采用不同的抛光工艺对硅片的平坦度有着很大的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种硅片的最终抛光方法、系统以及硅片；能够使得硅片的抛光量维持在一定的水平，以得到平坦度均一的硅片。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种硅片的最终抛光方法，所述最终抛光方法包括：
在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间；
根据所述抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，采用设定的抛光液以设定的供给流量对硅片进行最终抛光操作。
第二方面，本发明实施例提供了一种硅片的最终抛光系统，所述最终抛光系统包括：确定部分，第一抛光液供给管路，第二抛光液供给管路、管路控制单元以及流量监控单元；其中，
所述确定部分经配置为在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间；
所述管路控制单元用于根据所述抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，控制所述第一抛光液供给管路或所述第二抛光液供给管路提供第一抛光液或第二抛光液；
所述流量监控单元用于在所述最终抛光过程中监控所述第一抛光液或所述第二抛光液的供给流量。
第三方面，本发明实施例提供了一种硅片，所述硅片由第一方面所述的最终抛光方法抛光而得。
本发明实施例提供了一种硅片的最终抛光方法、系统以及硅片；该最终抛光方法主要是在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间；并根据抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，采用设定的抛光液以设定的供给流量对硅片进行最终抛光操作，从而使得硅片的抛光量维持在一定的水平以得到平坦度均一的硅片。
附图说明
图1为本发明实施例提供的常规技术方案中的最终抛光装置。
图2为本发明实施例提供的抛光垫使用寿命初期的厚度示意图。
图3为本发明实施例提供的抛光垫使用寿命末期的厚度示意图。
图4为本发明实施例提供的硅片抛光量随抛光垫使用寿命的变化而变化的示意图。
图5为本发明实施例提供的硅片D-GBIR随抛光垫使用寿命变化的趋势示意图。
图6为本发明实施例提供的硅片GBIR随抛光垫使用寿命变化的趋势示意图。
图7为本发明实施例提供的一种硅片的最终抛光方法。
图8为本发明实施例提供的一种硅片的最终抛光工艺参数。
图9为本发明实施例提供的一种硅片的最终抛光系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，其示出能够实现本发明实施例技术方案的最终抛光（FinishPolishing，FP）装置100，该FP装置100具体可以包括：抛光头101，吸附垫102，抛光液供给管路103，抛光盘104，贴附在抛光盘104上的抛光垫105，第一驱动轴106以及第二驱动轴107。使用FP装置100对硅片W进行最终抛光时，在吸附垫102与硅片W背面吸附的情况下，通过抛光液供给管路103向抛光垫105供给一定供给流量的抛光液，当抛光液供给至抛光垫105上且与硅片W接触后，利用第一驱动轴106和第二驱动轴107分别带动抛光盘104与抛光头101进行相对旋转运动，通过抛光头101对硅片W施加压力以完成硅片W的最终抛光操作。通过对硅片W进行最终抛光操作能够去除硅片W在前一部分机械加工工艺中产生的损伤面，这些损伤面在最终抛光工艺中通过抛光液进行化学软化，已化学软化的损伤面能够通过与抛光垫105的机械运动被去除。经过反复进行上述的最终抛光工艺，使得硅片W表面的损伤面完全被去除，最终使硅片W表面平坦化。
需要说明的是，在最终抛光过程中采用的抛光垫105的表面呈具有孔隙的结构，因此抛光液中的抛光剂颗粒能够通过这些孔隙进入抛光垫105，当抛光头101施压后抛光垫105孔隙中的抛光剂颗粒会移动至抛光垫105的表面，那么，抛光垫105的表面和硅片W的损伤面之间会形成一定厚度的抛光液层流，由于抛光液层流在抛光垫105和硅片W之间形成了交界面，因此在最终抛光过程中抛光垫105不会与硅片W的损伤面直接接触，这样能够极大地降低硅片表面产生机械损伤的风险。
需要说明的是，在本发明实施例中，设定抛光垫105的总使用寿命为T小时，那么可以理解地，抛光垫105使用寿命初期的厚度如图2所示，在最终抛光阶段过程中，由于不断地发生磨损，抛光垫105的厚度会越来越薄，也就是说抛光垫105的当前使用寿命t逐渐地接近于总使用寿命T，最终抛光垫105使用寿命末期的厚度示意图如图3所示。对比图2和图3可以看出，与抛光垫105使用寿命初期相比，在抛光垫105使用寿命末期时由于抛光垫105厚度变薄，使得硅片W的损伤面与抛光垫105表面之间抛光液层流的厚度也会发生变动，因此与标准抛光工艺条件相比，在这种情况下抛光头101对硅片W施加的压力会发生变化，导致硅片W损伤面的抛光量发生变化，具体如图4所示，其示出了硅片W的抛光量会随着抛光垫105使用寿命的变化趋势。
需要说明的是，上述的标准抛光工艺指的是在最终抛光过程中，采用预先设定的标准混合比的抛光液以预先设定的标准供给流量对硅片W进行最终抛光操作。
基于上述阐述，由于研磨垫105厚度的变化引起了硅片W的抛光量发生变化，进而使得硅片W的平坦度也会随着变化，具体如图5和图6所示，其中，图5中的散点表示在最终抛光工艺前后的硅片W的D-整体平坦度（Delta Global Backside Ideal Range，D-GBIR）随抛光垫105使用寿命变化的趋势示意图，直线Ⅰ表示对靠近D-GBIR下限的散点划定的趋势线，直线Ⅱ表示对靠近D-GBIR上限的散点划定的趋势线，且直线Ⅰ和直线Ⅱ之间的距离表示D-GBIR的分散程度。从图5中可以看出，随着抛光垫105使用寿命的增加，D-GBIR的分散程度越来越小，也就是说硅片W的D-GBIR稳定性在最终抛光工艺的前期不稳定，在最终抛光工艺的后期，硅片W的D-GBIR趋于稳定，这表示硅片W的平坦度在最终抛光工艺后期趋于均一。另一方面，图6中的散点表示在最终抛光工艺前后的硅片W的GBIR随抛光垫105使用寿命变化的趋势示意图，直线Ⅲ表示对靠近GBIR上限的散点划定的趋势线，直线Ⅳ表示对靠近GBIR下限的散点划定的趋势线，且直线Ⅲ和直线Ⅳ之间的距离表示GBIR的分散程度。从图6可以看出，随着抛光垫105使用寿命的增加，硅片W的GBIR的分散程度越来越小，也就是说硅片W的最终抛光过程越来越稳定，硅片W的平坦度越趋于稳定，这表示硅片W的平坦度越来越均一。
需要说明的是，抛光垫105在使用寿命初期，由于抛光液未均匀地分布在抛光垫105的表面，因此导致硅片W的抛光量不稳定，导致硅片W的平坦度不均一，进而会产生硅片W的平坦度在抛光垫105在使用寿命初期的分散程度比使用寿命末期更大。
基于以上阐述，在最终抛光过程中，为了在不受抛光垫105使用寿命影响的情况下仍然使得硅片W的抛光量保持一致，以获得平坦度均一的硅片，参见图7，其示出了本发明实施例提供的一种硅片W的最终抛光方法，所述最终抛光方法包括：
S701、在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间；
S702、根据所述抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，采用设定的抛光液以设定的供给流量对硅片进行最终抛光操作。
对于图7所示的技术方案，在最终抛光过程中，首先需要确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间；并根据抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，采用设定的抛光液以设定的供给流量对硅片进行最终抛光操作，从而使得硅片的抛光量维持在一定的水平以得到平坦度均一的硅片。
对于图7所示的技术方案，在一些示例中，所述在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，包括：
在所述最终抛光过程中，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为0≤t≤25%T；
或者，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为25%T<t≤50%T；
或者，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为50%T<t≤75%T；
或者，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为75%T<t≤T；
其中，t表示所述抛光垫的当前使用寿命；T表示所述抛光垫的总使用寿命。
需要说明的是，为了获得平坦度均一的硅片W，在最终抛光过程中，当抛光垫105处于不同的使用寿命阶段时，采用不同的抛光工艺，以控制硅片W的抛光量，因此，在本发明的具体实施方式中，将抛光垫105的使用寿命阶段划分为四个寿命区间，根据抛光垫105当期使用寿命所处的寿命区间以采用不同的最终抛光工艺。
对于图7所示的技术方案，在一些示例中，所述根据所述抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，采用设定的抛光液以设定的供给流量对硅片进行最终抛光操作，包括：
当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为0≤t≤25%T时，采用第一抛光液以第一供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
或者，当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为25%T<t≤50%T时，采用第二抛光液以第二供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
或者，当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为50%T<t≤75%T时，采用所述第二抛光液以第三供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
或者，当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为75%T<t≤T时，采用所述第二抛光液以所述第三供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
其中，所述第二抛光液的混合比小于所述第一抛光液的混合比，且所述第一供给流量<所述第二供给流量<所述第三供给流量。
对于上述示例，在一些具体的实施方式中，如图8所示，所述第二抛光液的混合比比所述第一抛光液的混合比降低5%，且所述第二抛光液的混合比为标准混合比。
需要说明的是，在本发明实施例中，第一抛光液和/或第二抛光液的混合比均指的是SiO2胶体颗粒与去离子水的体积比，因此在本发明实施例中，降低第一抛光液的混合比以得到第二抛光液指的是在第一抛光液中增加5%体积的去离子水，从而通过稀释第一抛光液来得到第二抛光液。优选地，在具体实施过程中，设定第二抛光液的混合比为标准抛光工艺中采用的标准混合比。
对于上述示例，在一些具体的实施方式中，如图8所示，所述第一供给流量比标准供给流量增加10%；所述第二供给流量比所述标准供给流量增加20%；所述第三供给流量比所述标准供给流量增加30%。
可以理解地，在本发明的具体实施方式中，为保证获得良好品质的硅片，在抛光垫105不同的使用寿命阶段，采用第一抛光液和/或第二抛光液以不同的供给流量供给至抛光垫105表面和硅片W之间，以使得两者之间形成的抛光液层流对硅片W形成的抛光量不变，从而获得平坦度均一的硅片W。举例来说，如图4所示，当抛光垫105的当前使用寿命t所处的寿命区间为0≤t≤25%T时，硅片W的抛光量较小，而当抛光垫105的当前使用寿命t所处的寿命区间为25%T<t≤50%T时，抛光垫105已经发生了磨损，此时若继续采用第一抛光液以第一供给流量对硅片W进行最终抛光操作时，硅片W的抛光量会处于持续增长的趋势，进而导致硅片W的平坦度发生变化，因此在这种情况下采用第一抛光液以第一供给流量对硅片W继续进行最终抛光操作显然已经不能得到平坦度均一的硅片W。因此，采用第二抛光液以第二供给流量供给至抛光垫105的表面，就能够避免抛光液中的SiO2中的胶体颗粒随抛光垫105寿命的变化而发生大范围的波动，且增大第二抛光液的供给流量，能够维持抛光垫105表面和硅片W之间的抛光液层流厚度，进而使抛光垫105均匀地研磨硅片W，使得硅片W的抛光量维持均一的程度。因此，可以理解的是，在抛光垫105的不同使用寿命阶段，采用不同混合比的抛光液以及通过控制抛光液的供给流量能够保证获得平坦度均一的硅片。
对于图7所示的技术方案，在一些示例中，所述最终抛光方法中采用的抛光头101和抛光盘104的转速为35±15rpm。
对于图7所示的技术方案，在一些示例中，所述抛光头101和所述抛光盘104对硅片W施加的压力为0.008±0.003MPa。
基于前述相同的技术方案构思，下面通过具体实施例对硅片的最终抛光方法进行阐述。在本发明实施例中，在更换抛光垫105后，抛光头101和抛光盘104对硅片W施加的压力为0.008±0.003MPa，且抛光头101和抛光盘104的转速为35±15rpm。在本实施例中，设定抛光液的标准混合比为1:21，抛光液的标准供给流量为1±0.5L/min，每次抛光的时间为4±1min，那么可以得到如表1所示的最终抛光工艺参数。
表1
基于上述相同的发明构思，参见图9，其示出了本发明实施例提供的一种最终抛光系统200，所述最终抛光系统200包括：确定部分201，第一抛光液供给管路202，第二抛光液供给管路203、管路控制单元204以及流量监控单元205；其中，
所述确定部分201经配置为在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间；
所述管路控制单元204用于根据所述抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，控制所述第一抛光液供给管路202或所述第二抛光液供给管路203提供第一抛光液或第二抛光液；
所述流量监控单元205用于在所述最终抛光过程中监控所述第一抛光液或第二抛光液的供给流量。
可以理解地，本发明实施例还提供了一种硅片W，所述硅片W由前述图7所述的最终抛光方法抛光而得。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种硅片的最终抛光方法，其特征在于，所述最终抛光方法包括：
在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间；其中，所述在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，包括：
在所述最终抛光过程中，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为0≤t≤25%T；
或者，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为25%T<t≤50%T；
或者，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为50%T<t≤75%T；
或者，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为75%T<t≤T；
其中，t表示所述抛光垫的当前使用寿命；T表示所述抛光垫的总使用寿命；
根据所述抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，采用设定的抛光液以设定的供给流量对硅片进行最终抛光操作；其中，
当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为0≤t≤25%T时，采用第一抛光液以第一供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为25%T<t≤50%T时，采用第二抛光液以第二供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为50%T<t≤75%T时，采用所述第二抛光液以第三供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为75%T<t≤T时，采用所述第二抛光液以所述第三供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
其中，所述第二抛光液的混合比小于所述第一抛光液的混合比，且所述第一供给流量<所述第二供给流量<所述第三供给流量。
2.根据权利要求1所述的最终抛光方法，其特征在于，所述第二抛光液的混合比比所述第一抛光液的混合比降低5%，且所述第二抛光液的混合比为标准混合比。
3.根据权利要求1所述的最终抛光方法，其特征在于，所述第一供给流量比标准供给流量增加10%；所述第二供给流量比所述标准供给流量增加20%；所述第三供给流量比所述标准供给流量增加30%。
4.根据权利要求1至3任一项所述的最终抛光方法，其特征在于，所述最终抛光方法中采用的抛光头和抛光盘的转速为35±15rpm。
5.根据权利要求4所述的最终抛光方法，其特征在于，所述抛光头和所述抛光盘对硅片施加的压力为0.008±0.003MPa。
6.一种硅片的最终抛光系统，其特征在于，所述最终抛光系统包括：确定部分，第一抛光液供给管路，第二抛光液供给管路、管路控制单元以及流量监控单元；其中，
所述确定部分经配置为在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，其中，所述在最终抛光过程中，确定抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，包括：
在所述最终抛光过程中，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为0≤t≤25%T；
或者，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为25%T<t≤50%T；
或者，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为50%T<t≤75%T；
或者，确定所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为75%T<t≤T；
其中，t表示所述抛光垫的当前使用寿命；T表示所述抛光垫的总使用寿命；
所述管路控制单元用于根据所述抛光垫当前使用寿命所处的寿命区间，控制所述第一抛光液供给管路或所述第二抛光液供给管路提供第一抛光液或第二抛光液；
所述流量监控单元用于在所述最终抛光过程中监控所述第一抛光液或所述第二抛光液的供给流量；
其中，当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为0≤t≤25%T时，采用第一抛光液以第一供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为25%T<t≤50%T时，采用第二抛光液以第二供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为50%T<t≤75%T时，采用所述第二抛光液以第三供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
当所述抛光垫当前使用寿命t所处的寿命区间为75%T<t≤T时，采用所述第二抛光液以所述第三供给流量对所述硅片进行最终抛光操作；
其中，所述第二抛光液的混合比小于所述第一抛光液的混合比，且所述第一供给流量<所述第二供给流量<所述第三供给流量。
7.一种硅片，其特征在于，所述硅片由权利要求1至5任一项所述的最终抛光方法抛光而得。
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